2002年1月9日にセントルイス・カージナルスと3年300万ドルで契約を結ぶ。入団会見時、記者会見場に貼られた横断幕には「TAQUCHI」と書かれていた。2002年は開幕ロースターからは外れたものの、6月10日のシアトル・マリナーズ戦でメジャーデビュー。4試合の出場で無安打に終わりマイナーに降格したが、9月7日に再昇格。その日のシカゴ・カブス戦の2回にメジャー初安打を記録し、以降15試合に出場。計2回昇格したメジャーでは19試合の出場で15打数6安打を放った。2003年も開幕ロースターに残れず、傘下のAAA級メンフィスで開幕を迎える。5月27日にメジャー昇格し、9試合の出場で4打数2安打2打点を記録したが、6月8日に降格。8月17日にメジャー再昇格を果たし、9月12日のヒューストン・アストロズ戦では二塁手守備に就いて日本人初の内野守備を経験し（グラブはミゲル・カイロから借用）、メジャー初本塁打も放った。28日のアリゾナ・ダイヤモンドバックス戦ではデニス・レイエスから3点本塁打を放ち、チームの勝利に貢献。最終的に43試合の出場で打率.259に終わったが、得点圏では打率.357と結果を残した。同年に長男が誕生し、一児の父親となった。2004年は初の開幕ロースターに残り、メジャー定着を果たした。同年シーズンは109試合に出場し、打率.291・得点圏打率.341を記録してチーム新人王となる。カージナルスはワールドシリーズに進出を果たし、自身も第1戦で先発出場して安打を放ったが、ボストン・レッドソックスに4連敗を喫し、チャンピオンリングを獲得することはできなかった。しかしこのシーズンで評価が一気に高まり、監督のトニー・ラルーサは「私はソウを高く買っている！」と度々語ったほか、チーム公式サイトでの「チームが最も必要としている選手は誰か？」というアンケートでは1位にランクインした。オフには複数球団からのオファーがあったが、「ラルーサ監督の下でプレーして、野球をもっと勉強したい」と1年55万ドルでカージナルスと再契約した。2005年はチーム3位の143試合に出場。8月には12試合連続安打を記録するなど打率.361、OPS.912を残し、月間MVP候補に挙がる活躍を見せた。ラリー・ウォーカーやレジー・サンダースの故障に伴いスタメン出場も増え、アルバート・プホルスが休養で欠場した試合の3番打者も務めた。シーズンを通じて打率.288・8本塁打・53打点・11盗塁を残し、得点圏打率.407（91打数37安打）を記録した。2006年は開幕戦となったフィラデルフィア・フィリーズ戦に6番左翼手でスタメン出場した。相手先発が左投手の試合ではジム・エドモンズに代わりスタメンで起用されたが、プレストン・ウィルソンの加入以降は代打や守備固めでの出場が増え、控え外野手として134試合に出場した。ポストシーズンでは、ニューヨーク・メッツとのリーグチャンピオンシップシリーズ第2戦の9回に、全盛期の豪腕ビリー・ワグナーから決勝点となる本塁打を放つなど、2本塁打を放つ活躍を見せた。デトロイト・タイガースとのワールドシリーズでは、第4戦の1点ビハインドの7回裏のノーアウト2塁という場面で、代打バントを命じられて見事に成功。エラーで出塁して自ら逆転のホームを踏み、カージナルスの王手に貢献した。次の第5戦では8番・左翼で先発出場。7回から右翼に移り勝利を収め、世界一が決まった瞬間フィールドに立っていた初の日本人選手となった。オフには年俸調停を申請していたが、1月16日に92万5千ドルの1年契約を結んだ。2007年は打率.290を残し、代打打率.406（32打数12安打）を記録した。しかしオフには球団が翌年のオプションを行使しないことを発表してノンテンダーFAとなった。
この時点では、CIC内での情報処理は、わずかに計算尺が使われている程度で、ほとんどすべてが手動（紙と人と声）に頼っていた。CICの中央部には、自艦を中心にして目標情報をプロットするためのクリアボード（レーダー画面を巨大化したような、罫線が描かれた、文字通りの“透明黒板”）が配置され、ここに白フェルトペンを使って、レーダー手が怒鳴る敵艦や敵編隊の位置・進行方向・数といった情報などを手で書き込むことで情報を集約していた。また、他艦との情報伝達も、発光信号や手旗信号、原始的な無線機程度であった。1948年に行われたイギリス海軍のシミュレーションで、この方式の限界点が明らかになった。このときには、熟練のオペレーターを配したにもかかわらず、同時に処理できる目標はせいぜい12機程度が限界で、20機の目標に対しては、完全に破綻してしまったのである。そしてまた、太平洋戦争の末期において日本軍が実施した特別攻撃が、艦隊の対空防御に重大な問題を提起していた。このとき、艦隊の防空システムはおおむね良好に働いたとはいえ、その対処能力は飽和寸前であり、より高速の機体が同様の攻撃をかけてきた場合、システムの破綻は不可避と考えられた。しかもジェット機の登場により、航空機の速度は戦後5年で倍増し、なお急速に増加しつづけていた。「紙と人と声」に頼っているかぎり、これ以上の対応速度の向上は困難であり、情報の処理に自動化を導入する必要性は明らかであった。まず、「3Tファミリー」の艦対空ミサイルに付随して、その射撃管制を補助する武器管制システム (WDS: Weapons Direction System)が開発された。これは、目標の情報 (三次元的な位置や速度、脅威度など)を記憶・管理し、その射撃を効率化するもので、当時主流だったアナログコンピュータを使用していた。しかし、これはあくまで射撃指揮の効率化をはかるものであり、対応のさらなる迅速化には、CICとの統合をさらにつきつめて、マン・マシン・システムとして再構築する必要があった。その開発の先駆者はカナダであり、1949年よりDATAR（Digital Automated Tracking and Resolving、数値自動軌跡追尾及び処理）の開発を開始していた。このシステムは、当時登場したばかりのデジタルコンピュータを使用しているだけでなく、データリンクの概念すら含まれており、極めて画期的なものであった。カナダ海軍はこのシステムを2隻の掃海艇に搭載してのテストまで行ったが、加熱が激しいという欠陥を有しており、最終的に火災事故によってシステムは失われ開発は頓挫した。しかしその成果は、アメリカの海軍戦術情報システム (NTDS)の開発に生かされることになる。一方、1950年代初頭より、イギリスはレーダー情報の処理・表示システムとしてCDS (Comprehensive Display System)の開発を進めており、1957年には実艦に搭載した。これはアナログ式のコンピュータを利用しており、世界で最も早く実戦配備された戦術情報処理装置である。アメリカもCDSと同様のシステム（EDS: Electronic Data System）を開発し、1953年より実艦への搭載を開始したが、アナログ式であるために信頼性と性能に限界があると考えられ、採用はされなかった。1954年に開始されたランプライト計画においては、このころ急速に台頭していたデジタルコンピュータによる戦術情報処理装置が開発された。これはNTDSの中核として、1961年より、空母「オリスカニー」およびミサイル駆逐艦2隻において評価試験を実施したうえで、1963年に制式化された。また、イギリスもCDSの後継としてADA (Action Data Automation)を開発したのち、1966年より、これをデジタル化するとともに改良したADAWS（Action Data Automation Weapon System）に発展させた。